Научная статья на тему 'Пластическая деформация и дилатансия серого чугуна'

Пластическая деформация и дилатансия серого чугуна Текст научной статьи по специальности «Физика»

CC BY
341
103
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПРОЧНОСТЬ / ДИЛАТАНСИЯ / ОГИБАЮЩАЯ ПРЕДЕЛЬНЫХ КРУГОВ МОРА / УПРУГАЯ И ПЛАСТИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЯ / STRENGTH / DILATANCY / MOHR FAILURE ENVELOPE / ELASTIC AND PLASTIC DEFORMATION

Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Рычков Б. А., Гончарова И. В.

При чистом кручении тонкостенных трубок чугуна за пределом упругости возникает осевое удлинение образца, сопровождающееся остаточным увеличением его объема. Проявление дилатансии отмечается и при кручении с растяжением (сжатием) образцов. Сформулирована модель неупругой деформации такого полухрупкого материала, согласно которой в определенных случаях напряженно-деформированного состояния происходит плоскопластическая деформация, вызывающая (в соответствии с гипотезой В.В. Новожилова) всестороннее разрыхление (либо уплотнение) материала.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

PLASTIC STRAIN AND DILATANCY OF GRAY CAST IRON

Axial elongation of cast iron thin-walled tubes occurs beyond the elastic limit at pure torsion and it is accompanied by a residual increase of its volume. Tension-torsion (tension-compression) is known to produce dilatancy. A model of inelastic deformation for such semi-brittle material is formulated. According to this model, plane-plastic strain is occurred in certain cases of the stress state, which (in accordance with the hypothesis of V.V. Novozhilov) causes overall loosening (or seal) of the material.

Текст научной работы на тему «Пластическая деформация и дилатансия серого чугуна»

Механика деформируемого твердого тела Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского, 2011, № 4 (4), с. 1743-1744 1743

УДК 539.374.1;539.42

ПЛАСТИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЯ И ДИЛАТАНСИЯ СЕРОГО ЧУГУНА © 2011 г. Б.А. Рычков, И.В. Гончарова

Кыргызско-Российский славянский университет, Бишкек (Кыргызстан)

[email protected]

Поступила в редакцию 15.06.2011

При чистом кручении тонкостенных трубок чугуна за пределом упругости возникает осевое удлинение образца, сопровождающееся остаточным увеличением его объема. Проявление дилатансии отмечается и при кручении с растяжением (сжатием) образцов. Сформулирована модель неупругой деформации такого полухрупкого материала, согласно которой в определенных случаях напряженно-деформированного состояния происходит плоскопластическая деформация, вызывающая (в соответствии с гипотезой В.В. Новожилова) всестороннее разрыхление (либо уплотнение) материала.

Ключевые слова: прочность, дилатансия, огибающая предельных кругов Мора, упругая и пластическая деформация.

У полухрупких [1] материалов (типа чугунов) пределы упругости и прочности при растяжении значительно меньше, чем при сжатии. Неупругая деформация у них включает в себя остаточное изменение объема материала. Не существует единой (не зависящей от вида напряженного состояния) кривой деформационного упрочнения в каких-либо общепринятых обобщенных координатах.

В настоящем исследовании на основе экспериментальных данных В.А. Паняева [2] раскрывается и моделируется механизм деформации чугуна СЧ 15-32.

При чистом кручении тонкостенного цилиндрического образца чугуна наблюдается его осевое удлинение. Учитывая большую разницу между пределами упругости на растяжение и сжатие, следует полагать, что при этом происходит плоскопластическая деформация в плоскости действия максимального касательного напряжения. Такая деформация может сопровождаться (в соответствии с гипотезой В.В. Новожилова) всесторонним разрыхлением материала. Действительно, полусумма экспериментально замеренных значений максимальной и минимальной главных деформаций за вычетом их упругих составляющих отлична от нуля и доставляет таким образом ком -поненту деформации разрыхления (Гр). Последняя почти точно равна зафиксированной в опыте осевой деформации (е2 > 0), которая является результатом определяемого таким образом разрыхления.

Следовательно, полная деформация разделяется на упругую, чисто пластическую (не вызы-

вающую изменения объема материала) и деформацию разрыхления. Правомочность такого разделения подтвердилась и при анализе результатов опытов на сжатие с кручением трубчатого образца. При отношении сжимающего главного напряжения (о3) к растягивающему главному напряжению (о^, равном 1.4, также отмечено осевое удлинение £г > 0. Складывая экспериментально замеренное значение деформации ег со значением упругой деформации ег (вычисляемой по заданному напряжению С2 < 0), получим, что их сумма (£г + \е2\) опять (с той же точностью, как при кручении) равна расчетной деформации разрыхления Гр.

В опыте на сжатие с кручением трубки при \о3\/о1 = 2 изменение осевой деформации (ег) не было зафиксировано. Согласно предлагаемой модели деформации, в этом случае деформация £г практически оказалась равной деформации разрыхления.

Разрыхление возрастает при растяжении с кручением образцов при 01/|03\ > 1 (достигая максимального значения при одноосном растяжении), убывает по мере увеличения отношения \о3 \/о1, и при некотором значении этого отношения сменяется уплотнением материала, которое становится максимальным при одноосном сжатии.

Если ввести коэффициент дилатансии (как отношение деформации разрыхления Гр к компоненте чисто пластической главной деформации Гь то в зависимости от коэффициента Лоде — На-даи для напряжений (|1с) он изменяется в рассмотренных случаях нагружения по линейному закону

1744

Б.А. Рынков, И.В. Гончарова

А = -0.5111|а,С + 0.3421, причем X не зависит от уровня напряженного состояния.

Так, например, при | с3 |/о1 = 4.9 расчетное значение X = 0.04, а при |о3|/о1 = 9.8 получено X = = — 0.06. В этих случаях напряженного состояния наглядно подтверждается предположение о плоскэпластическэй деформации: разница между значением максимальной главной деформации (Г1) и значением (по модулю) минимальной главной деформацией (Г3) составляет всего ±12%. Именно в силу такого механизма пластической деформации коэффициент дилатансии линейным образом зависит от коэффициента вида напряженного состояния. Это, в свою очередь, должно выполняться при инвариантной зависимости деформации максимального пластического сдвига (Г13 = Г1 — Г3) от уровня максимального касательного напряжения (ттах), превышающего его значение на пределе упругости (тТ ). Экспериментальным данным рассмотренного материала отвечает зависимость

(

Г13 = к

Y

\ тах

- 1

(к, а = const),

главному напряжению (с = о/о3). И так же, как и для горных пород, сжимающие напряжения считались положительными. При указанных условиях значение максимального напряжения (а1 > 0) определялось по следующей формуле:

= с[1 + (Ос / О р )2]

2(1 - с2)(ос /|о p\)

+

Vc2[1-К/Qp)2]2 + 4(gc/gp)2 g

2(1 - c2)(ac /|g p|) Cc,

с 1 р I

где Ос, Ор — соответственно пределы текучести при сжатии и растяжении.

Эта формула при вычислении предела текучести при чистом сдвиге (сС) преобразуется к виду:

g =

( gc /g p )2

\gpl (g3 = -gC)•

где к и а — материальные параметры.

В расчетах предел текучести отождествлялся с пределом упругости. Значение предела текучести определялось из условия касания огибающей к соответствующим наибольшим кругам Мора. При этом, как и при рассмотрении горных пород [3], вид напряженного состояния характеризовался отношением максимального к минимальному

1_1 + (Сс /Ср )2

Авторы выражают благодарность В.А. Паня-еву за предоставленные первичные экспериментальные данные.

Список литературы

1. Леонов М.Я., Паняев В.А., Русинко К.Н. Зависимость между деформациями и напряжениями для полухрупких тел // Инж. журнал. МТТ. 1967. №6. С. 26—32.

2. Паняев В.А. О деформациях и разрушении полухрупких тел: Дисс. ... канд. техн. наук. Фрунзе, 1970.

3. Жигалкин В.М. и др. О теоретическом и экспериментальном построении огибающей предельных кругов Мора // ФТПРПИ. 2010. №6. С. 25—36.

тах

PLASTIC STRAIN AND DILATANCY OF GRAY CAST IRON B.A. Rychkov, I. V Goncharova

Axial elongation of cast iron thin-walled tubes occurs beyond the elastic limit at pure torsion and it is accompanied by a residual increase of its volume. Tension-torsion (tension-compression) is known to produce dilatancy. A model of inelastic deformation for such semi-brittle material is formulated. According to this model, plane-plastic strain is occurred in certain cases of the stress state, which (in accordance with the hypothesis of V. V Novozhilov) causes overall loosening (or seal) of the material.

Keywords: strength, dilatancy, Mohr failure envelope, elastic and plastic deformation.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.